CN110487165B - 金属裂纹检测传感器及系统 - Google Patents

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CN110487165B CN201910782389.2A CN201910782389A CN110487165B CN 110487165 B CN110487165 B CN 110487165B CN 201910782389 A CN201910782389 A CN 201910782389A CN 110487165 B CN110487165 B CN 110487165B
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Abstract

本申请涉及一种金属裂纹检测传感器及系统，包括薄膜绝缘层、信号输出电路、应变电阻栅和检测电路。信号输出电路设置于薄膜绝缘层。信号输出电路包括第一电极、第二电极以及串联在第一电极、第二电极之间的第一电阻，且信号输出电路用于输出检测信号。应变电阻栅设置于薄膜绝缘层，且与第一电极和第二电极分别电连接。应变电阻栅在金属表面出现裂纹时电阻发生变化。检测电路设置于薄膜绝缘层，与第一电极和第二电极分别电连接，用于检测应变电阻栅两端的电压变化，并根据电压变化计算应变电阻栅的阻值变化，并根据应变电阻栅的阻值变化确定金属表面裂纹的大小。所述金属裂纹检测传感器可以实时检测金属表面的裂纹并判断金属表面裂纹的大小。

Description

金属裂纹检测传感器及系统
技术领域
本申请涉及金属裂纹检测技术领域，特别是涉及一种金属裂纹检测传感器及系统。
背景技术
金属或金属构件广泛应用于航空飞机、高铁车轴以及装甲履带等。随着对相关装备环境适应能力与承载能力要求的不断提高，上述领域内的金属或金属构件的基体结构同时面临更高的载荷要求以及更恶劣的工作环境。然而，由于循环受力或长期疲劳，金属或金属构件会产生裂纹，从而降低甚至丧失承载能力。因此，实时监测金属或金属构件中产生的裂纹具有重要的意义与价值。
在传统技术中，金属裂纹的监测的方式主要为疲劳寿命预测和传感器监测。疲劳寿命预测基于经验预测，其结果误差大且无法实现裂纹的实时监控，进而在实际应用中存在较大局限性。传感器监测主要通过与金属或金属构件集成的传感器来获取金属结构状态的相关信息。然而，传感器监测只能依据接收到的信号判断裂纹的产生，而不能确定产生裂纹的大小。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术中的传感器无法确定产生裂纹的大小的问题，提供一种金属裂纹检测传感器及系统。
一种金属裂纹检测传感器，包括：
薄膜绝缘层；
信号输出电路，设置于所述薄膜绝缘层，包括第一电极、第二电极以及串联在所述第一电极、所述第二电极之间的第一电阻，所述信号输出电路用于输出检测信号；
应变电阻栅，设置于所述薄膜绝缘层，且与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，所述应变电阻栅在金属表面出现裂纹时电阻发生变化；以及
检测电路，设置于所述薄膜绝缘层，且与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，用于检测所述应变电阻栅两端的电压变化，并根据所述电压变化计算所述应变电阻栅的阻值变化，并根据所述应变电阻栅的阻值变化确定金属表面裂纹的大小。
在其中一个实施例中，所述第一电极、所述第二电极、所述第一电阻和所述应变电阻栅的材料为多层石墨烯金属复合薄膜材料。
在其中一个实施例中，所述应变电阻栅包括多个圆弧形电阻，多个所述圆弧形电阻具有相同的圆心且半径逐渐增大，多个所述圆弧形电阻位于相同侧的一端相互连接。
在其中一个实施例中，所述检测电路包括内置电桥电路，所述内置电桥电路与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，并构成惠斯通电桥电路。
在其中一个实施例中，还包括第二电阻，所述应变电阻栅通过所述第二电阻与所述第二电极电连接。
在其中一个实施例中，所述第二电阻为方波状分布的薄膜电阻。
在其中一个实施例中，还包括薄膜导线，所述第一电极、所述第一电阻、所述第二电极、所述第二电阻和所述应变电阻栅之间依次通过所述薄膜导线串联为环形。
在其中一个实施例中，还包括薄膜保护层，覆盖所述第一电阻和所述应变电阻栅。
在其中一个实施例中，包括多个金属裂纹检测传感器和信号处理电路；
其中，每一所述金属裂纹检测传感器包括：
薄膜绝缘层；
信号输出电路，设置于所述薄膜绝缘层，包括第一电极、第二电极以及串联在所述第一电极、所述第二电极之间的第一电阻，所述信号输出电路用于输出检测信号；
应变电阻栅，设置于所述薄膜绝缘层，且与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，所述应变电阻栅在金属表面出现裂纹时电阻发生变化；以及
检测电路，设置于所述薄膜绝缘层，且与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，用于检测所述应变电阻栅两端的电压变化，并根据所述电压变化计算所述应变电阻栅的阻值变化，并根据所述应变电阻栅的阻值变化确定金属表面裂纹的大小；以及
所述信号处理电路与每一所述检测电路分别电连接，用于在所述检测电路检测到所述应变电阻栅两端的电压变化时，根据预设映射关系获取与所述检测电路对应的所述应变电阻栅的覆盖区域，从而确定金属表面裂纹的位置。
在其中一个实施例中，所述检测电路包括：
内置电桥电路，与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，并构成惠斯通电桥电路；
放大电路，与所述内置电桥电路电连接，对所述内置电桥电路产生的电压信号进行放大，得到放大后的电压信号；
滤波电路，与所述放大电路电连接，对所述放大电路输出的电压信号进行滤波，得到滤波后的电压信号；
调零电路，与所述滤波电路电连接，对所述滤波电路输出的电压信号进行调零处理，得到处理后的电压信号；以及
计算电路，分别与所述调零电路和所述信号处理电路电连接，并对所述调零电路输出的电压信号进行计算，得到金属表面裂纹的大小。
上述金属裂纹检测传感器，当金属表面产生裂纹时，所述应变电阻栅的电阻会发生改变。所述检测电路与所述第一电极和所述第二电极分别电连接可以将所述应变电阻栅的电阻变化情况转化为电压输出，从而实现对金属表面裂纹大小的判断。此外，所述第一电阻的设置可以保证所述检测电路的信号输出，从而确保所述信号输出电路的正常工作。所述金属裂纹检测传感器可以在对金属表面的裂纹进行实时检测的同时，进一步判断金属表面裂纹的大小。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种金属裂纹检测传感器平面结构示意图；
图2为本身申请实施例提供的一种金属裂纹检测传感器应用示意图；
图3为本申请实施例提供的一种四个金属裂纹检测传感器分体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种四个金属裂纹检测传感器整体结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种金属裂纹检测传感器系统部分电连接结构示意图。
附图标号说明
100 金属裂纹检测传感器
10 薄膜绝缘层
20 信号输出电路
210 第一电极
220 第二电极
230 第一电阻
240 第二电阻
30 应变电阻栅
310 圆弧形电阻
40 检测电路
410 内置电桥电路
420 放大电路
430 滤波电路
440 调零电路
450 计算电路
50 薄膜导线
60 薄膜保护层
70 信号处理电路
80 电源电路
810 电桥稳压支路
820 电源
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1-图2，本申请提供一种金属裂纹检测传感器100。金属裂纹检测传感器100包括薄膜绝缘层10、信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40。信号输出电路20设置于薄膜绝缘层10。信号输出电路20包括第一电极210、第二电极220以及串联在第一电极210、第二电极220之间的第一电阻230，且信号输出电路20用于输出检测信号。应变电阻栅30设置于薄膜绝缘层10，且与第一电极210和第二电极220分别电连接。应变电阻栅30在金属表面出现裂纹时电阻发生变化。检测电路40设置于薄膜绝缘层10，且与第一电极210和第二电极220分别电连接，用于检测应变电阻栅30两端的电压变化，并根据电压变化计算应变电阻栅30的阻值变化，并根据应变电阻栅30的阻值变化确定金属表面裂纹的大小。
薄膜绝缘层10可以由多层材料制成薄膜状。在一个实施例中，薄膜绝缘层10的材料可以为Cr/Si3N4/Al2O3/Si3N4，即耐高温绝缘复合陶瓷材料，该材料可以满足部分酸碱腐蚀以及高低温环境下的使用。可以理解，薄膜绝缘层10可以为信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40提供安装基底。同时，薄膜绝缘层10远离信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40的一侧可以与待检测的金属构件表面紧密贴合，进而方便金属裂纹检测传感器100的安装，并保证金属裂纹检测传感器100的检测精度。
信号输出电路20包括第一电极210和第二电极220。可以理解，本申请对第一电极210和第二电极220的材料不作限定，只要其可以为应变电阻栅30提供电压检测点即可。在一个实施例中，第一电极210和第二电极220可以采用Au制成，通过检测第一电极210和第二电极220位置处电压，可以判断应变电阻栅30的电压变化情况，进而判断电阻变化情况。可以理解，第一电极210和第二电极220的设置可以降低金属裂纹检测传感器100中的线路连接的复杂程度，从而有利于扩大金属裂纹检测传感器100的应用范围。
由于金属裂纹的产生可能导致应变电阻栅30完全撕裂，进而导致应变电阻栅30所在的电路断开，故信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40共同组成的惠斯通电桥电路输出端无信号输出，即检测电路40无信号输出。通过在第一电极210和第二电极220之间设置第一电阻230，可以避免上述情况的发生，从而保证金属裂纹检测传感器100工作过程中检测电路40信号的持续输出。可以理解，所述第一电阻230的阻值可以为固定值，且其阻值可以依据所需进行设置。
可以理解，应变电阻栅30可以由多个条状电阻组成，当金属表面出现裂纹时，条状电阻会发生撕裂，即金属表面的裂纹影响应变电阻栅30的电阻。进一步的，金属表面出现的裂纹越大，撕裂的条状电阻数量越多，即应变电阻栅30的阻值可以随着裂纹发生的时间及程度实时改变。因此，金属裂纹检测传感器100中应变电阻栅30的设置可以实时反映裂纹的情况，并可以判断金属表面出现裂纹的大小，进而提高了金属裂纹检测传感器100的适用范围。
检测电路40可以通过第一电极210和第二电极220检测应变电阻栅30两端电压变化，从而判断应变电阻栅30的电阻变化，进而完成对金属表面裂纹大小的判断。在一个实施例中，第一电极210和第二电极220可以通过导线与检测电路40电连接，且导线与检测电路40输入端连接的一端可以通过紧固螺钉固定。
可以理解，金属裂纹检测传感器100还可以包括一个金属基底。当部分金属构件不适合在其表面直接制备金属裂纹检测传感器100时，金属基底可以承载金属裂纹检测传感器100的各类薄膜部件。反之，若金属构件可以在其表面直接制备金属裂纹检测传感器100，则无需设置金属基底。
在安装金属裂纹检测传感器100之前，可以首先通过疲劳寿命预测经验方法以及有限元软件，预先分析判断待测金属构件表面最可能发生裂纹的位置以及所要监测发生裂纹的范围。其次，可以以最有可能发生裂纹的位置为中心，以圆周阵列的方式同时布置多个金属裂纹检测传感器100，并依据可能发生裂纹的大小确定安装的金属裂纹检测传感器100的大小。在上述过程中，每个金属裂纹检测传感器100可以覆盖部分待检测金属的表面，并通过发生电压变化的金属裂纹检测传感器100的安装位置判断产生裂纹的位置。此外，结合金属裂纹检测传感器100电压变化的大小，可以实时检测待测金属构件表面裂纹大小和位置。
在金属表面覆盖多个金属裂纹检测传感器100后，当金属表面产生裂纹时，金属裂纹检测传感器100的应变电阻栅30的电阻会发生改变。检测电路40与第一电极210和第二电极220分别电连接可以将应变电阻栅30的电阻变化情况转化为电压进行输出，从而实现对金属表面裂纹大小的判断。此外，第一电阻230的设置可以保证检测电路40的信号输出，从而确保信号输出电路20的正常工作。金属裂纹检测传感器100可以在对金属表面的裂纹进行实时检测的同时，进一步判断金属表面裂纹的大小。因此，金属裂纹检测传感器100适用于高速车轴、飞机关键金属零部件、桥梁桥身、高压容器金属薄壁等各种场合或实验的裂纹监测。金属裂纹检测传感器100结构简单，且其适用范围不受安装位置和安装空间等限制，可以有效准确地测量金属表面产生裂纹的大小。
在一个实施例中，第一电极210、第二电极220、第一电阻230和应变电阻栅30的材料为多层石墨烯金属复合薄膜材料。可以理解，相比于传统薄膜传感器，金属裂纹检测传感器100具有量程大、测量精度高以及灵敏度高的优点。由于采用多层石墨烯金属复合薄膜材料，金属裂纹检测传感器100中的应变敏感薄膜兼备石墨烯和金属两种材料的优良性能，具有应变系数高、应变极限大、散热性好等优势。可以理解，多层石墨烯金属复合薄膜材料本身属性也能够抵抗正常使用过程中外界振动或冲击对传感器造成的损坏。
在一个实施例中，应变电阻栅30包括多个圆弧形电阻310，多个圆弧形电阻310具有相同的圆心且半径逐渐增大，多个圆弧形电阻310位于相同侧的一端相互连接。可以理解，圆弧形电阻310可以由多层石墨烯金属复合薄膜材料构成。本申请对应变电阻栅30中半径逐渐增大的同心圆状的圆弧形电阻310的弧度不作限定，其可以依据所需定位裂纹位置的精度进行设置。在一个实施例中，应变电阻栅30可以由多个弧度为二分之一π，且半径逐渐增大的同心圆状的圆弧形电阻310构成，且全部同心圆状的圆弧形电阻310位于同一侧的一端相互连接后构成应变电阻栅30的一个连接端，所有同心圆状的圆弧形电阻310位于另一侧的一端相互连接后构成应变电阻栅30的另一个连接端。在本实施例中，采用四个金属裂纹检测传感器100即可覆盖待测金属构件的裂纹高发区域，并在实时检测裂纹的同时，可以进一步确定裂纹发生的位置以及裂纹的大小。在另外一个实施例中，应变电阻栅30也可以由多个弧度为四分之一π，且半径逐渐增大的同心圆薄膜电阻构成。此时，需要采用八个金属裂纹检测传感器100以实现对待测金属构件的裂纹高发区的覆盖。
请参见图3和图4，在一个实施例中，检测电路40包括内置电桥电路410，内置电桥电路410与第一电极210和第二电极220分别电连接，并构成惠斯通电桥电路。可以理解，每个金属裂纹检测传感器100中的第一电极210、第二电极220和内置电桥电路410构成一个惠斯通电桥电路。在另外一个实施例中，当同时使用四个金属裂纹检测传感器100时，可以设置一个内置电桥电路410和一个开关电路，通过开关电路依次控制每个金属裂纹检测传感器100中的第一电极210和第二电极220与共用的内置电桥电路410组成惠斯通电桥电路。
在一个实施例中，金属裂纹检测传感器100还包括第二电阻240，应变电阻栅30通过第二电阻240与第二电极220电连接。可以理解，第二电阻240串联在应变电阻栅30和第二电极220之间，可以避免流经应变电阻栅30的电流过大而烧坏应变电阻栅30。此外，第二电阻240的阻值可以为固定值。
在一个实施例中，第二电阻240为方波状分布的薄膜电阻。由于第二电阻240用于保护应变电阻栅30，避免应变电阻栅30由于电流过大而烧毁，故第二电阻240的阻值较大。在一个实施例中，第二电阻240的阻值可以为千欧级别。因此，采用呈方波状分布的薄膜电阻作为第二电阻240，有利于在节约空间的同时具有较大阻值，从而可以在保护应变电阻栅30的同时减小金属裂纹检测传感器100的体积。
在一个实施例中，还包括薄膜导线50，第一电极210、第一电阻230、第二电极220、第二电阻240和应变电阻栅30之间依次通过薄膜导线50串联为环形。可以理解，薄膜导线50可以为多层石墨烯金属复合薄膜材料。在一个实施例中，金属裂纹检测传感器100包括依次串联为环形的第一电极210、第一电阻230、第二电极220、第二电阻240和应变电阻栅30，上述每两个元件之间均通过薄膜导线50相连，则每个金属裂纹检测传感器100可以包括五根薄膜导线50。可以理解，薄膜导线50采用多层石墨烯金属复合薄膜材料，其设置可以提高金属裂纹检测传感器100的环境适应能力和测量精度。
在一个实施例中，还包括薄膜保护层60，覆盖第一电阻230和应变电阻栅30。薄膜保护层60可以由多层薄膜组成，具体材料可以为Cr/Si3N4/Al2O3/Si3N4。在每个金属裂纹检测传感器100中，薄膜保护层60可以覆盖五根薄膜导线50、应变电阻栅30，第一电阻230和第二电阻240，但第一电极210和第二电极220暴露于薄膜保护层60外。可以理解，薄膜保护层60可以防止覆盖元件的老化，从而确保金属裂纹检测传感器100的正常工作，进而延长金属裂纹检测传感器100的使用寿命。
可以理解，由于第一电极210、第二电极220、第一电阻230、第二电阻240、应变电阻栅30和薄膜导线50可以采用多层石墨烯金属复合薄膜材料，且薄膜绝缘层10和薄膜保护层60可以采用耐高温绝缘复合陶瓷材料，故组成的金属裂纹检测传感器100整体能够同时满足一些酸碱和盐雾等腐蚀环境下使用，以及一些振动和高低温环境下使用，扩大了金属裂纹检测传感器100的适用范围。其中，薄膜绝缘层10和薄膜保护层60可以抵抗恶劣环境，而金属裂纹检测传感器100可以通过整体结构实现一定的防振功能。
在一个实施例中，薄膜绝缘层10可以为正方形，且其边长可以为20mm，厚度可以为6μm。第一电极210和第二电极220可以为正方形薄膜电极，其边长可以为2mm，厚度可以为2μm。薄膜导线50的厚度可以为800μm。应变电阻栅30的厚度可以为800μm。第二电阻240的厚度可以为400μm。第一电阻230的厚度可以为800μm。薄膜保护层60可以为正方形，且其边长可以为20mm，厚度为6μm。
请一并参见图5，本申请提供一种金属裂纹检测传感器系统。金属裂纹检测传感器系统包括多个金属裂纹检测传感器100和信号处理电路70。其中，每一金属裂纹检测传感器100包括薄膜绝缘层10、信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40。信号输出电路20设置于薄膜绝缘层10。信号输出电路20包括第一电极210、第二电极220以及串联在第一电极210、第二电极220之间的第一电阻230，且信号输出电路20用于输出检测信号。应变电阻栅30设置于薄膜绝缘层10，且与第一电极210和第二电极220分别电连接。应变电阻栅30在金属表面出现裂纹时电阻发生变化。检测电路40设置于薄膜绝缘层10，且与第一电极210和第二电极220分别电连接，用于检测应变电阻栅30两端的电压变化，并根据电压变化计算应变电阻栅30的阻值变化，并根据应变电阻栅30的阻值变化确定金属表面裂纹的大小。信号处理电路70与每一检测电路40分别电连接，用于在检测电路40检测到应变电阻栅30两端的电压变化时，根据预设映射关系获取与检测电路40对应的应变电阻栅30的覆盖区域，从而确定金属表面裂纹的位置。
需指出的是，本实施例中的金属裂纹检测传感器100、薄膜绝缘层10、信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40可以为上述实施例任一中的金属裂纹检测传感器100、薄膜绝缘层10、信号输出电路20、应变电阻栅30和检测电路40，在此不再赘述。
可以理解，可以将预测发生裂纹的区域进行分区，在一个实施例中，可以将预测发生裂纹的区域划分为四个区域。金属裂纹检测传感器系统中采用四个金属裂纹检测传感器100对待测金属构件表面的裂纹进行检测，且分别固定安装于待测金属构件预测发生裂纹位置表面的一个方形区域内。可以理解，每个金属裂纹检测传感器100的信号可以单独发送、接收和显示。四个金属裂纹检测传感器100可以关于方形区域的中心对称设置，即四个金属裂纹检测传感器100分别安装在方形区域的左上方、左下方、右上方、右下方，且每个金属裂纹检测传感器100的应变电阻栅30均靠近方形区域的中心设置，四个应变电阻栅30可以组成圆形检测区域。
四个金属裂纹检测传感器100的第一电极210和第二电极220可以作为信号输出端，并通过八根外接导线与内置电桥电路410的信号输入端连接，且八根外接导线可以通过螺钉与内置电桥电路410的信号输入端固定连接。其中，每个金属裂纹检测传感器100均通过两根外接导线与内置电桥电路410连接后组成一个独立的惠斯通电桥电路，即四个惠斯通电桥电路的输出端可以构成四个信号输出端。
采用四个金属裂纹检测传感器100的金属裂纹检测传感器系统对待测金属构件表面的裂纹进行检测时，若待测金属构件表面的裂纹从产生裂纹的中心位置萌生并扩大，可以引起该位置处安装的金属裂纹检测传感器100中应变电阻栅30中的一个或者多个同心圆薄膜电阻发生形变或者破裂，从而导致同心圆薄膜电阻的阻值发生变化，进而引起整个应变电阻栅30的电阻发生变化。此时，内置电桥电路410中的惠斯通电桥电路的输出端输出电压信号，即每个金属裂纹检测传感器100可以通过内置电桥电路410中相对应的惠斯通电桥将电阻的变化转变为电压信号。可以理解，内置电桥电路410中由惠斯通电桥产生的四个单独的电压信号通过导线传输至信号处理电路70，信号处理电路70可以根据四个电压变化信号的大小，与事先标定的电阻变化图谱进行对照，以确定裂纹的大小以及发生裂纹的区域位置。
金属裂纹检测传感器系统通过采用多个金属裂纹检测传感器100和信号处理电路70，可以在线实时感知不同区域的应变电阻栅30的电阻变化量，进而可以对待测金属构件表面产生裂纹的大小和位置进行检测。可以理解，金属裂纹检测传感器系统可以适用于高速车轴、飞机关键金属零部件、桥梁桥身、高压容器金属薄壁等各种场合或实验的裂纹监测。金属裂纹检测传感器系统具有检测速度快、测量精度高、适用范围广以及结构简单等优势，可以满足多种金属部件以及环境的裂纹检测。
在一个实施例中，检测电路40包括内置电桥电路410、放大电路420、滤波电路430、调零电路440和计算电路450。内置电桥电路410与第一电极210和第二电极220分别电连接，并构成惠斯通电桥电路。放大电路420与内置电桥电路410电连接，对内置电桥电路410产生的电压信号进行放大，得到放大后的电压信号。滤波电路430与放大电路420电连接，对放大电路420输出的电压信号进行滤波，得到滤波后的电压信号。调零电路440与滤波电路430电连接，对滤波电路430输出的电压信号进行调零处理，得到处理后的电压信号。计算电路450分别与调零电路440和信号处理电路70电连接，并对调零电路440输出的电压信号进行计算，得到金属表面裂纹的大小，并将获取裂纹位置所需的数据发送给信号处理电路70进行处理。
在一个实施例中，金属裂纹检测传感器100还包括电源电路80，电源电路80包括电桥稳压支路810和电源820。电桥稳压支路810与内置电桥电路410电连接，用于稳定输入内置电桥电路410的电压。电源820与电桥稳压支路810、放大电路420、滤波电路430、所述调零电路440、所述计算电路450和所述信号处理电路70分别电连接，分别电连接，用于提供工作电源。
可以理解，金属裂纹检测传感器系统还可以外接终端对数据进行处理。在一个实施例中，金属裂纹检测传感器系统可以包括计算机。计算机与电源820和调零电路440分别电连接，用于接收并处理调零电路440的输出的电压信号，并依据接收到的电压信号判断金属裂纹的大小和位置。
可以理解，内置电桥电路410的信号输出端可以与放大电路420的信号输入端连接，放大电路420的信号输出端可以与滤波电路430的输入端连接，滤波电路430的信号输出端可以与调零电路440的信号输入端连接，调零电路440的信号输出端与计算机的信号输入端连接。在一个实施例中，内置电桥电路410中由惠斯通电桥产生的四个单独的电压信号通过导线先后传输至放大电路420、滤波电路430、调零电路440和计算机。计算机接收到电信号后，可以根据四个电压变化信号的大小，与事先标定的电阻变化图谱进行对照，以确定裂纹的大小以及发生裂纹的区域位置。可以理解，放大电路420、滤波电路430、调零电路440的设置可以对携带检测信息的电信号进行处理，从而进一步提高金属裂纹检测传感器系统的检测精度。
在一个实施例中，金属裂纹检测传感器系统还包括电源电路80，电源电路80包括电桥稳压支路810和电源820。电桥稳压支路810与检测电路40电连接，用于稳定输入检测电路40的电压。电源820与电桥稳压支路810、放大电路420、滤波电路430和调零电路440分别电连接，用于提供工作电源。可以理解，本申请对电源820的类型不作限定，电源820可以依据金属裂纹检测传感器系统的应用环境进行选择，如可以选择蓄电池、太阳能电池或者市电等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属裂纹检测传感器，其特征在于，包括：
薄膜绝缘层(10)；
信号输出电路(20)，设置于所述薄膜绝缘层(10)，包括第一电极(210)、第二电极(220)以及串联在所述第一电极(210)、所述第二电极(220)之间的第一电阻(230)，所述信号输出电路(20)用于输出检测信号，所述第一电阻(230)用于保证所述信号输出电路(20)的所述检测信号的输出；
应变电阻栅(30)，设置于所述薄膜绝缘层(10)，且与所述第一电极(210)和所述第二电极(220)分别电连接，所述应变电阻栅(30)在金属表面出现裂纹时电阻发生变化，所述应变电阻栅(30)包括多个圆弧形电阻(310)，多个所述圆弧形电阻(310)具有相同的圆心且半径逐渐增大，多个所述圆弧形电阻(310)位于相同侧的一端相互连接；以及
检测电路(40)，设置于所述薄膜绝缘层(10)，且与所述第一电极(210)和所述第二电极(220)分别电连接，用于检测所述应变电阻栅(30)两端的电压变化，并根据所述电压变化计算所述应变电阻栅(30)的阻值变化，并根据所述应变电阻栅(30)的阻值变化确定金属表面裂纹的大小；
其中，所述第一电极(210)、所述第二电极(220)、所述第一电阻(230)和所述应变电阻栅(30)的材料为多层石墨烯金属复合薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，所述检测电路(40)包括内置电桥电路(410)，所述内置电桥电路(410)与所述第一电极(210)和所述第二电极(220)分别电连接，并构成惠斯通电桥电路。
3.根据权利要求1所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，还包括第二电阻(240)，所述应变电阻栅(30)通过所述第二电阻(240)与所述第二电极(220)电连接。
4.根据权利要求3所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，所述第二电阻(240)为方波状分布的薄膜电阻。
5.根据权利要求3所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，还包括薄膜导线(50)，所述第一电极(210)、所述第一电阻(230)、所述第二电极(220)、所述第二电阻(240)和所述应变电阻栅(30)之间依次通过所述薄膜导线(50)串联为环形。
6.根据权利要求1所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，还包括薄膜保护层(60)，覆盖所述第一电阻(230)和所述应变电阻栅(30)。
7.一种金属裂纹检测传感器系统，其特征在于，包括多个金属裂纹检测传感器(100)和信号处理电路(70)；
其中，每一所述金属裂纹检测传感器(100)包括：
薄膜绝缘层(10)；
信号输出电路(20)，设置于所述薄膜绝缘层(10)，包括第一电极(210)、第二电极(220)以及串联在所述第一电极(210)、所述第二电极(220)之间的第一电阻(230)，所述信号输出电路(20)用于输出检测信号，所述第一电阻(230)用于保证所述信号输出电路(20)的所述检测信号的输出；
应变电阻栅(30)，设置于所述薄膜绝缘层(10)，且与所述第一电极(210)和所述第二电极(220)分别电连接，所述应变电阻栅(30)在金属表面出现裂纹时电阻发生变化，所述应变电阻栅(30)包括多个圆弧形电阻(310)，多个所述圆弧形电阻(310)具有相同的圆心且半径逐渐增大，多个所述圆弧形电阻(310)位于相同侧的一端相互连接；以及
检测电路(40)，设置于所述薄膜绝缘层(10)，且与所述第一电极(210)和所述第二电极(220)分别电连接，用于检测所述应变电阻栅(30)两端的电压变化，并根据所述电压变化计算所述应变电阻栅(30)的阻值变化，并根据所述应变电阻栅(30)的阻值变化确定金属表面裂纹的大小；以及
所述信号处理电路(70)与每一所述检测电路(40)分别电连接，用于在所述检测电路(40)检测到所述应变电阻栅(30)两端的电压变化时，根据预设映射关系获取与所述检测电路(40)对应的所述应变电阻栅(30)的覆盖区域，从而确定金属表面裂纹的位置；
其中，所述第一电极(210)、所述第二电极(220)、所述第一电阻(230)和所述应变电阻栅(30)的材料为多层石墨烯金属复合薄膜材料。
8.根据权利要求7所述的金属裂纹检测传感器系统，其特征在于，所述检测电路(40)包括：
内置电桥电路(410)，与所述第一电极(210)和所述第二电极(220)分别电连接，并构成惠斯通电桥电路；
放大电路(420)，与所述内置电桥电路(410)电连接，对所述内置电桥电路(410)产生的电压信号进行放大，得到放大后的电压信号；
滤波电路(430)，与所述放大电路(420)电连接，对所述放大电路(420)输出的电压信号进行滤波，得到滤波后的电压信号；
调零电路(440)，与所述滤波电路(430)电连接，对所述滤波电路(430)输出的电压信号进行调零处理，得到处理后的电压信号；以及
计算电路(450)，分别与所述调零电路(440)和所述信号处理电路(70)电连接，并对所述调零电路(440)输出的电压信号进行计算，得到金属表面裂纹的大小。
9.根据权利要求7所述的金属裂纹检测传感器系统，其特征在于，金属裂纹检测传感器(100)的数量为四个，每个所述金属裂纹检测传感器(100)中的所述圆弧形电阻(310)的弧度为二分之一π。
10.根据权利要求7所述的金属裂纹检测传感器系统，其特征在于，金属裂纹检测传感器(100)的数量为八个，每个所述金属裂纹检测传感器(100)中的所述圆弧形电阻(310)的弧度为四分之一π。
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